核反应堆物理基础-上海交通大学机械与动力工程学院

2008年上海交通大学研究生入学考试课程《核反应堆工程》
考试大纲
1．该课程考试内容包括核反应堆物理和核反应堆热工两部分2．主要参考书目：
核反应堆物理：
▪谢仲生主编，《核反应堆物理分析（上册）》，原子能出版社，1994。

▪谢仲生、张少泓，《核反应堆物理理论与计算方法》，西安交通大学出版社，2000。

核反应堆热工：
▪于平安等编著，《核反应堆热工分析》，原子能出版社，1986。

▪于平安等编著，《核反应堆热工分析》，上海交通大学出版社，2001。

核反应堆物理基础
一．核反应堆的核物理基础
1．中子与原子核的相互作用
相互作用的机理、中子吸收和中子散射
2．中子截面和核反应率
截面、自由程、中子通量密度、核反应率的概念
宏观截面的计算，各类型截面随中子能量的变化规律
3．共振现象与多普勒效应
4．核裂变过程
裂变能的释放、反应堆功率和中子通量密度之间的关系、裂变中子、裂变产物5．链式裂变反应
临界条件、四因子模型
二．中子慢化与慢化能谱
1．中子的弹性散射过程
弹性散射动力学、慢化剂的选择
2．无限均匀介质的慢化能谱
慢化方程、含氢无吸收介质的慢化谱
3．热中子堆的近似能谱
三．中子扩散理论
1．单能中子扩散方程
斐克定律、单能中子扩散方程
2．非增殖介质扩散方程的解
四．均匀反应堆的临界理论
1．均匀裸堆的单群临界理论
均匀裸堆的单群扩散方程、单群临界条件及临界时的中子通量密度分布2．双区反应堆的单群临界理论
双区反应堆的单群扩散方程、临界条件及临界时的中子通量密度分布3．双群扩散方程
五．非均匀反应堆
1．栅格的非均匀效应
六．反应性随时间的变化
1．核燃料中铀-235的消耗、钚-239的积累
2．氙-135中毒
平衡氙中毒、最大氙中毒、功率瞬变过程中的氙中毒、氙震荡3．钐-149中毒
4．燃耗深度与堆芯寿期
5．核燃料的转换与增殖
七．温度效应与反应性控制
1．反应性温度效应
反应性温度效应及其成因、堆芯内各种成分的反应性温度系数、温度反馈对反应堆安全的意义
2．反应性控制的任务
剩余反应性、控制棒价值、停堆深度
3．压水堆的几种反应性控制方式
八．核反应堆动力学
1．反应堆周期
2．点堆中子动力学方程
3．反应性阶跃扰动情况下堆内中子通量随时间的瞬态变化
反应性方程、瞬发临界条件
核反应堆热工基础
一、传热学基础
1、热量传递的基本方式
基本概念：导热，对流，热辐射，传热过程，传热系数
2、导热基本定律
基本概念：导热系数，热流密度，温差
导热计算：导热基本定律（傅立叶定律），导热微分方程式，通过平
壁的导热，通国圆筒壁的导热
3、对流换热基本定律
基本概念：对流换热系数，热流密度，温差，层流换热，紊流换热，
强制对流换热，自然对流换热，雷诺数，格拉晓夫数，努谢尔特数，
影响换热系数的因素
对流换热计算：对流换热基本定律（牛顿冷却公式），对流换热系数，
强制对流换热，自然对流换热，换热微分方程式
4、凝结与沸腾换热
基本概念：凝结换热现象，膜状凝结，珠状凝结，影响膜状凝结的因
素
沸腾换热，池式沸腾，管内沸腾，过冷沸腾，饱和沸腾，核态沸腾，
过渡沸腾，膜态沸腾
5、辐射换热
基本概念：热辐射，辐射常数，吸收率，黑体辐射，灰体辐射
辐射换热计算：辐射换热公式（斯蒂芬－玻尔兹曼定律）
6、传热过程与换热器
基本概念：传热过程分析，热阻，温差，换热器，间壁式换热器
传热计算：传热方程式，传热量计算
二、反应堆内热量的产生与输出
1、堆内热源的产生
堆芯内热源：（裂变碎片动能，裂变中子的动能），包括：燃料元件内
释热，反应堆结构部件（燃料包壳，定位格架，控制棒导管）的释热，
控制棒内的释热，慢化剂内的释热，
堆芯内热源的空间分布：
堆芯外结构部件的释热：（反射层，热屏蔽，压力容器）
停堆后的释热：（剩余裂变功率，衰变功率），裂变产物的衰变，中子
俘获产物的衰变
2、燃料元件的径向导热
热量传导路径：燃料元件芯块内的导热（有内热源），芯块表面到包
壳内表面的传热（间隙热阻），包壳内表面到外表面的导热（无内热
源）
热量传导计算：燃料芯块内的温度分布，燃料热导率，燃料芯块与包
壳之间的间隙热传导，包壳中的温度降
3、燃料元件包壳外表面到冷却剂的传热
元件壁面与冷却剂之间的对流换热过程：
基本概念：单相流，多相流，两相流，强迫对流传热，自然对流传热，
含汽量，空泡份额，滑速比，两相流的流型，泡状流，塞状流，环状
流，雾状流，欠热沸腾起始点，汽泡脱离壁面起始点，沸腾传热，临
界热流密度，沸腾传热特性曲线
对流换热计算：对流换热公式，单相对流传热系数，强迫对流传热系
数，自然对流传热系数，两相对流的传热系数，流动沸腾的传热系数，
泡核沸腾的传热系数，过渡沸腾的传热系数，膜态沸腾的传热系数
4、沿冷却剂通道的输热
冷却剂将热量输送到堆外过程：
输热量计算：
5、燃料元件及冷却剂通道的轴向温度分布
基本过程：轴向功率分布，径向传热
温度计算：冷却剂温度分布，包壳外面温度分布，包壳内温度分布，燃料元件芯块表面温度分布，燃料元件中心温度分布
三、流体动力学
1、单相流的压降
基本概念：提升压降，加速压降，摩擦压降，形阻压降，单相通道的
流动压降，等温流动的摩擦系数（圆形通道，非圆形通道），加热或
冷却下流动的摩擦系数，局部压降（截面突然扩大，截面突然缩小，
弯管，接管，阀门）
压降计算：提升压降，加速压降，摩擦压降，形阻压降，单相通道的
流动压降，等温流动的摩擦系数（圆形通道，非圆形通道），加热或
冷却下流动的摩擦系数，局部压降（截面突然扩大，截面突然缩小，
弯管，接管，阀门）
2、两相流的压降
基本概念：均匀流模型，分离流模型，
压降计算：两相面直通道的流动压降，提升压降，加速压降，摩擦压
降，形阻压降，局部压降（截面突然扩大，截面突然缩小，弯管，接
管，阀门，孔板）
3、流量计算
基本概念：封闭回路中的流量，强制循环，泵消耗功率，自然循环
流量计算：封闭回路中的流量计算，强制循环流量，自然循环流量
4、流量分配
基本概念：并联通道，闭式通道，开式通道，影响流量分配的因素
流量计算：并联闭式通道的流量分配计算，（压力分布，质量守恒方
程，动量守恒方程，能量守恒方程）
5、流动不稳定性
基本概念：流动不稳定性，流动不稳定性的不利影响，水动力不稳定
性，并联通道不稳定性，流型不稳定性，动力学不稳定性，热振荡
四、反应堆稳态熱工设计
1、压水堆熱工设计准则
设计准则：
2、热点因子
基本概念：热点，热点因子，热流密度核热点因子，热流密度工程热
点因子，降低热点因子的方法
3、热通道因子
基本概念：热通道，焓升核热通道因子，焓升工程热通道因子，焓升
工程热通道分因子，降低焓升热通道因子的方法
4、流动沸腾的临界热流密度
基本概念：流动沸腾的热流密度，流动沸腾的临界热流密度，影响临
界热流密度的因素
临界热流密度计算：W－3公式
5、最小烧毁比
基本概念：偏离泡核沸腾比，最小烧毁比
计算：偏离泡核沸腾比，最小烧毁比
6、单通道模型
反应堆输出熱工率，燃料元件传热面积，平均通道的冷却剂质量流速，
平均通道的压降，反应堆进口温度或出口温度，热通道因子，热点因
子，最大热流密度，最大线功率密度，堆芯平均功率密度，热通道的
有效驱动压头，热通道冷却剂焓场，热通道内燃料元件温度场
7、子通道模型
分析方法：通道间质量，动量，热量的交换，通道划分，计算步骤
8、蒸汽发生器内的传热
一回路熱工参数：冷却剂工作压力，冷却剂的流量
蒸汽发生器内热量的传输：
冷却剂流量与工质流量之间的关系：。